Светодиодный индикатор статуса заряда

Недавно я получил задание разработать зарядное устройство для аккумулятора. Я решил выбрать микросхему BQ2000TSN компании Texas Instruments из-за ее инвариантности к химическому составу батарей. В моем случае зарядное устройство используется для зарядки литий-ионного аккумулятора.

Вебинар «Новые решения STMicroelectronics в области спутниковой навигации» (17.11.2021)

К выводу 3 микросхемы BQ2000 подключен открытый сток N-канального MOSFET, который можно использовать в качестве индикатора статуса заряда. Коротко о различных режимах:

  • Высокий импеданс, цикл быстрой зарядки завершен (внутренний MOSFET закрыт).
  • Низкий импеданс, быстрая зарядка (внутренний MOSFET открыт).
  • Мигание с частотой 1 Гц, аварийная ситуация (например, перегрев).

Более детальное описание режимов можно найти в технической документации на BQ2000.

Для индикации статуса проще всего было бы подключить светодиод к выводу 3. Но для меня логичнее было бы иметь два светодиода: зеленый, который указывает на успешное завершение процесса зарядки, и красный, указывающий на продолжающуюся зарядку и на режим неисправности.

Мне нужна была дешевая схема, поэтому я предпочел решить эту задачу с помощью конструкции, сделанной на дискретных компонентах. На Рисунке 1 изображена схема светодиодной индикации для зарядного устройства.

Светодиодный индикатор статуса заряда.
Рисунок 1. Светодиодный индикатор статуса заряда.

Чтобы упростить объяснение, схема зарядного устройства была удалена. Каждое состояние схемы описано ниже.

Состояние 1: Выход LED микросхемы BQ2000 имеет высокое сопротивление.

Транзистор Q2 закрыт, так как его затвор притянут к земле резистором R7. К точке соединения R2 и R3 через резистор R4 будет приложено напряжение +5 В, в результате чего D2 останется выключенным, так как падение напряжения на D2 и R2 слишком мало. Транзистор Q1 будет открыт, поскольку на его затвор через резистор R3 подано напряжение +5 В, и светодиод D1 будет зажжен. C4 не будет заряжаться, так как путь его заряда постоянным током блокирован конденсатором C7.

Состояние 2: Выход LED микросхемы BQ2000 имеет низкое сопротивление.

Резистор R2 притянут к низкому уровню выводом 3 микросхемы BQ2000, и светодиод D2 зажжен. Q1 теперь будет выключен, поскольку на его затвор через резистор R3 подано напряжение низкого уровня, в результате чего светодиод D1 погаснет.

Состояние 3: Выход LED микросхемы BQ2000 переключается с частотой 1 Гц.

На Рисунке 2 показан снимок экрана для сигнала 1 Гц на выводе 3 микросхемы BQ2000. Сигнал переменного тока, проходя через C7, заряжает конденсатор C4 через диод D7. Транзистор Q2 начинает проводить ток, как только напряжение на заряжающемся конденсаторе C4 достигнет порогового напряжения затвора. В результате уровень напряжения на стоке Q2 и затворе Q1 станет низким. D1 погаснет, потому что Q1 теперь закрыт.

Сигнал 1 Гц на выходе 3 микросхемы BQ2000.
Рисунок 2. Сигнал 1 Гц на выходе 3 микросхемы BQ2000.

C4 заряжается при каждом положительном фронте сигнала 1 Гц, а затем разряжается. Поэтому важно, чтобы напряжение на C4 оставалось выше порогового напряжения затвор-исток транзистора Q2. Иначе D1 также будет мигать. Это обеспечивается правильным выбором постоянной времени RC элементов C4 и R7.

Сигнал 1 Гц поступает также в точку соединения резисторов R2 и R3, заставляя светодиод D2 мигать с частотой 1 Гц.

Обратите внимание, что при высоком уровне сигнала 1 Гц во время высокоимпедансного состояния выхода 3 резисторы R4 и R3 образуют делитель напряжения:

где VSUP – напряжение питания

В этом случае падение напряжения на D2 и R2 составляет 5 В – 4.76 В = 0.24 В, что недостаточно для включения D2.

D8 необходим для заряда C7 при низком уровне сигнала 1 Гц. Без D8 полярность сигнала 1 Гц будет преобразована в отрицательную.

Я обнаружил четвертый режим, который возникает, когда батарея не подключена к зарядному устройству. Форма сигнала на выводе  3 микросхемы BQ2000 для этого режима показана на Рисунке 3.

Сигнал на выходе 3 микросхемы BQ2000.
Рисунок 3. Сигнал на выходе 3 микросхемы BQ2000.

На нем виден импульсный сигнал, имеющий высокий уровень в течение 10.5 с и низкий в течение 500 мс. Возможно, я что-то упустил, но какого-либо упоминания о таком режиме в описании BQ2000 я найти не смог. Я решил сообщить об этом для полноты картины. Номиналы C4 и R7 выбраны таким образом, чтобы светодиод D2 также мигал с этой частотой, и пользователь мог заметить, подключен аккумулятор или нет.

  1. Datasheet Texas Instruments BQ2000
  2. Datasheet Fairchild FDV301N
  3. Datasheet Broadcom ASMT-Rx45-xxxxx

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 62
сейчас смотрят 4
представлено поставщиков 1569
загружено
позиций
25 067 862